Il est interdit aux candidats de signer leur composition...

Académie : Session : Examen : Série : Spécialité/option : Repère de l’épreuve : Epreuve/sous épreuve : NOM :

(en majuscule, suivi s’il y a lieu, du nom d’épouse) Prénoms :

N° du candidat (le numéro est celui qui figure sur la convocation ou liste d’appel) Né(e) le :

Appréciation du correcteur

Il est interdit aux candidats de signer leur composition ou d'y mettre un signe quelconque pouvant indiquer sa provenance.

BAC PRO MEI Code : 1306-MEI ST 11 Session 2013 Dossier Questions Réponses E1 - SOUS-ÉPREUVE E11 Durée : 4 h Coefficient : 3 DQR 1/18

DA

NS

CE

CA

DR

E

NE

RIE

N É

CR

IRE

Note :

Baccalauréat Professionnel « Maintenance des Équipements Industriels »

ÉPREUVE E1 : Épreuve scientifique et technique Sous-épreuve E11 : Analyse et exploitation de données techniques

SESSION 2013

A partir d’un dysfonctionnement identifié sur un bien industriel pluri technologique, l’épreuve permet de vérifier que le candidat a acquis tout ou partie des compétences suivantes : CP 2.1 Analyser le fonctionnement et l’organisation d’un système, CP 2.2 Analyser les solutions mécaniques réalisant les fonctions opératives.

Les supports retenus sont liés à la spécialité Maintenance des Équipements Industriels

Ce sujet comporte : 18 pages

Dossier présentation DQR 2/18 à DQR 3/18 Dossier questions-réponses DQR 4/18 à DQR 18/18

Matériel autorisé : • Une calculatrice de poche à fonctionnement autonome, sans imprimante et sans aucun moyen

de transmission, à l’exclusion de tout autre élément matériel ou documentaire (circulaire n°99-186 du 16 novembre 1999 ; B.O.E.N. n°42),

• Le guide du dessinateur industriel, • Matériel de géométrie (compas, équerre, rapporteur).


NE RIEN ÉCRIRE DANS CETTE PARTIE

DOSSIER PRÉSENTATION Présentation du robot d’entretien de skis à fonctions combinées : Cet équipement polyvalent permet aux magasins de location de sports d’hiver de maintenir en bon état leurs skis de location. Il réalise 4 opérations d’entretien : affûtage latéral des carres*, ponçage de la semelle, ébavurage des carres* et fartage à chaud de la semelle. Le ski, bridé sur la cassette de transport par l’intermédiaire d’une ventouse, est véhiculé devant chaque unité pour être entretenu suivant les choix déterminés par l’opérateur. * Le premier rôle des carres est de permettre au ski de « mordre » à la glace lors des virages.

Les carres sont fabriquées en acier afin de résister à l’abrasion et doivent nécessairement être bien affûtées.

Fonction globale : Nœud A-0

Unité de fartage à chaud Unité de ponçage de la semelle

Unités d’affûtage des carres (x2)

Unités d’ébavurage des carres (x2)

Cassette de transport du ski

Réceptacle du bloc de fart

Ski à traiter monté semelle vers le haut et spatule à gauche

Robot d’entretien de skis à fonctions combinées

Energies : - Electrique : 400V/50Hz, - Pneumatique : 7 bars

Programme automate

Contrainte de réglage pneumatique et mécanique

Ordre de marche Sélection des

opérations d’entretien

Ski détérioré Ski conforme aux exigences du client

Limailles de fer et

résidus de semelle

TRAITER LE SKI SUIVANT LES

EXIGENCES DU CLIENT

(W) (C) (R) (E)

Fart



Analyse fonctionnelle :

Unité de fartage de la semelle Unité de ponçage de la semelle

Principe de fonctionnement des unités de fartage et de ponçage de la semelle : Un vérin manœuvre le support de l’unité en le faisant pivoter autour de l’axe (554). La bande abrasive permettant d’effectuer l’opération d’entretien (fartage ou ponçage) est mise en rotation par l’intermédiaire du moteur électrique associé au tambour (546).

Unités d’affutage et de désafilage

Principe de fonctionnement des unités d’affutage ou de désafilage : (voir plan DTR 6/7) Les 2 unités travaillent simultanément, elles sont positionnées symétriquement l’une face à l’autre par rapport à l’axe du ski à traiter. Une bande abrasive permettant de d’effectuer l’opération d’entretien (affûtage ou désafilage) est mise en rotation par l’intermédiaire du moteur électrique (403), celui-ci est monté sur le support (404) qui pivote par rapport au châssis autour de l’axe (409) assemblé à un bras de force (411) qui est actionné lui-même par un vérin pneumatique (442 + 443).

546 546

554 554

442/443 411

442/443

404

Unités d’affutage Unités de désafilage

409

411



Problématique générale :

Le robot d’entretien de skis à fonctions combinées a été conçu il y a quelques années pour des skis faiblement paraboliques. Or, la tendance actuelle est d'utiliser des skis avec des rayons de courbure de plus en plus importants, ce qui entraine de plus en plus de dysfonctionnements sur le système.

Cette étude permettra de proposer des améliorations pour augmenter la fiabilité du robot d’entretien de skis à fonctions combinées.

DOSSIER QUESTIONS-RÉPONSES

Note explicative destinée au candidat pour l’utilisation du dossier complet

N° de la question Intitulé de la question Document utile pour

résoudre la problématique

Temps conseillé au candidat pour répondre à la

problématique

Nombre de points pour la totalité de la problématique

PARTIE 1 Analyse fonctionnelle et structurelle.

Q1 Analyse fonctionnelle de l’unité d’affûtage des carres

DTR 2/7 DTR 3/7 DTR 6/7 DTR 7/7

DQR 6/18

30 min /20

Q1.1 A partir de l’actigramme SADT de niveau A45 du système, compléter les éléments demandés ci-dessous : La Matière d'Oeuvre Entrante : ...........................................................................................................

La Valeur Ajoutée : ...........................................................................................................................

La Fonction Globale : .......................................................................................................................

Les données de contrôle sont : 1. .........................................................................

2. .........................................................................

3. .........................................................................

Le nom du système : ……………………………………………………………………



Q1.2 Identifier les solutions technologiques permettant de satisfaire les fonctions élémentaires de l’unité d’affûtage nommées ci-dessous :

Quelle solution technique a été choisie pour guider l’unité d’affûtage en rotation ?

.................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................

Quelles solutions techniques ont été choisies pour déplacer l’unité d’affûtage ?

.................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................

Q1.3 Identifier les fonctions du ressort 415 :

................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................

.................................................................................................................................................................

Q1.4 Compléter la chaine cinématique fonctionnelle permettant de réaliser la rotation du sous-ensemble "support moteur" :

Air

443 ….. 447 …. ….. 409 404 ….

Moteur

Plaque

Axe de bras de force Tige vérin Rotule

403



Q2 Analyse structurelle de l’unité d’affûtage des carres DTR 2/7, DTR 6/7, DTR 7/7 50 min /58

Q2.1 Compléter les repères des pièces manquantes dans les bulles de l’éclaté ci-dessous :

….

….

…. ….

….

….

….

….

….



……

y x z

……

……

……

……

……

Q2.2 Analyse des classes d’équivalence de l’unité d’affûtage. En vous aidant de l’éclaté page DQR 6/18 et des documents techniques et ressources DTR 6/7 et DTR 7/7, compléter les repères manquants dans chacune des classes d’équivalences : Remarque : Afin de faciliter votre analyse, le sous ensemble "support tendeur" sera intégré au sous-ensemble "support de l’unité d’affûtage".

Pièces à exclure = { 413 + 414(x2) + 415 + 429 }

CE1(fixe) = { 401(x2) + 402 + 408 + 418(x2) + 419(x2) + 420 + 427 + 428 + 430(x2) + 432(x4)

+ 433(x2) + 434(x2) + 436(x2) + 441 + …… + …… + …... }

CE2 (support moteur) = { 403 + 404 + 405 + 406 + 409 + 410 + 411 + 421 + 422 + 423(x2) + 424

+ 425 + 426 + 432(x5) + 433(x1) + 434(x4) + 437(x2) + 438 + 439 + 440 + 447 + 448 + 449(x2)

+ 454 + 455 + 456 }

CE3 (arbre moteur) = { 430(x1) + 431 + 450 + 451 + 452 + 453 }

CE4 (poulie tendeur) = { 412 + …… }

CE5 (corps vérin) = { 442 + 445 } CE6 (tige vérin) = { 443 + ……+ …… }

Q2.3 Compléter et colorier sur le schéma cinématique ci-dessous les repères des différentes classes d’équivalences, puis indiquer le nom de la liaison entre CE1 et CE2 dans le tableau des mobilités :

Liaison entre CE1 et CE2

TX = …… RX = ……

TY = …… RY = ……

TZ = …… RZ = ……

Bleu

Vert

Jaune

Rouge

Orange

Marron



PARTIE 2 Vérification et dimensionnement.

Q3 Recherche de la vitesse linéaire de ponçage DTR 4/7 30 min /15

Les carres des skis paraboliques sont fabriquées en acier C67S. On souhaite comparer la vitesse d’affûtage par rapport aux spécifications du constructeur : Données : Roue d’affûtage (450 + 451) : Ø ext = 250 mm Moteur (403) : NCE3/CE1 = 1000 tr/min Q3.1 Calculer la vitesse linéaire de déplacement de la bande abrasive�𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ � : …………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………

Q3.2 Calculer la vitesse linéaire de déplacement de la cassette 𝑉𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ :

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

Moteur déplacement cassette

Nm=1400 Tr/min

50 Hz

Motoréducteur cassette

Rapport de transmission = 1/20

Galet cranté d’entraînement en translation de la cassette

Diamètre primitif = 70 mm

Vitesse de déplacement

de la cassette ?

Roue 451 mise en rotation

par le moteur 403

𝑉𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 /𝐶𝐸1��⃗

𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝐶𝐸1��⃗

𝜔𝐶𝐸3/𝐶𝐸1

�𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ �= ………………

�𝑉𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ �= ……………



Q3.3 Calculer la vitesse linéaire 𝑉𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 ��⃗ due aux déplacements conjugués de la cassette et du dispositif d’affûtage, en utilisant l’une des deux formules ci-dessous (loi de composition des vitesses) :

• �𝑉𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 ��⃗ � = �𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ � − �𝑉𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒/𝐶𝐸1��⃗ �

• �𝑉𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 ��⃗ � = �𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝐶𝐸1��⃗ � + �𝑉𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒/𝐶𝐸1��⃗ �

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..…………………………………

Q3.4 Rechercher la plage de vitesse recommandée par le constructeur pour des carres en acier

C67S :

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

Q3.5 �𝑉𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒 ��⃗ � est-elle adaptée pour l’affûtage des skis paraboliques ?

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

…………………………………………………………………………..………………………………………

�𝑉𝑏𝑎𝑛𝑑𝑒 /𝑐𝑎𝑠𝑠𝑒𝑡𝑡𝑒��⃗ �= ……………….



Q4 Recherche de la force exercée par le dispositif de tension sur la courroie (statique graphique)

DTR 4/7, DTR 6/7, DTR 7/7

50 min /48

Lors de l’affûtage des skis paraboliques, des vibrations apparaissent au niveau du dispositif de tension de la bande abrasive, dues à la courbure du ski parabolique. Un nouveau ressort plus raide est implanté. Nous décidons de rechercher la force de tension exercée sur la bande abrasive. Q4.1 Calculer en fonction des caractéristiques du ressort de traction cylindrique la force qu’exerce celui-ci sur le dispositif tendeur :

Caractéristiques du nouveau ressort de tension de bande : Diamètre du fil : ........................................... d = 1 mm Diamètre moyen : ......................................... D = 8 mm Longueur libre : ........................................ L0 = 75 mm Longueur sous charge : ......................... Ln = 125 mm Charge appliquée (à rechercher) : ................. F (en N) Nb de spire : ....................................................... n = 50 Flèche : ....................................................... s = Ln – Lo Module de Coulomb : .......................... G =80 000 MPa

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

Q4.2 Déterminer graphiquement les efforts appliqués au dispositif de tension : HYPOTHESES ET MODELISATION

l'étude se fera dans le plan et la position de la fig.1 et fig. 2 le frottement sera négligé dans toutes les liaisons pivot les poids des différents composants seront négligés La force de traction du ressort est appliquée au point D

(voir la fig. 2). Pour la suite de l’étude, nous admettrons que la norme �𝐷415/406��⃗ � = 20 N

Fig. 1

Fig. 2

F = ………………



Q4.2.1 Isoler le ressort 415. Dresser le bilan des forces extérieures agissant sur 415, en remplissant le tableau ci-dessous : Q4.2.2 En utilisant le PFS, déduire le support de D406/415��⃗ :

Le solide 415 est en équilibre sous l’action de ……… forces, alors :

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

Q4.2.3 Tracer en bleu sur la fig. 3 la direction de l’effort exercé par le ressort.

Noms des forces

Point d’application Direction Sens Intensité [N]

…………

D

…………

…………

C

…………

Fig. 3



Remarque préliminaire :

Notons 𝑹𝑩𝑨𝑵𝑫𝑬/𝟒𝟏𝟐��⃗ la résultante des efforts 𝑻𝟏��⃗ et 𝑻𝟐��⃗ causés par la tension de la bande abrasive sur la poulie 412, telle que : 𝑹𝑩𝑨𝑵𝑫𝑬/𝟒𝟏𝟐��⃗ = 𝑻𝟏��⃗ + 𝑻𝟐��⃗ :

Q4.2.4 Isoler l’ensemble du dispositif de tension (voir fig. 5). Dresser le bilan des forces extérieures agissant sur l’ensemble S = {421+422+424+425+426+429+455+456}, en complétant le tableau ci-dessous :

Noms des forces

Point d’application Direction Sens Intensité [N]

𝑪𝟒15/𝑆��⃗

C

20

B

………………

𝑨𝟒𝟏𝟐/𝑺��⃗

A

………………

Fig. 4

𝑻𝟐��⃗

𝑹𝑩𝑨𝑵𝑫𝑬/𝟒𝟏𝟐��⃗ Support de 𝑅𝐵𝐴𝑁𝐷𝐸/412��⃗

(bissectrice de l’angle formé par les supports

de 𝑻𝟏��⃗ et 𝑻𝟐��⃗ )

𝑻𝟏��⃗



Q4.2.5 En utilisant le PFS, tracer sur la fig. 5 les directions de toutes les forces. En déduire le support de la force B405/S��⃗ (liaison pivot en B) : Le solide S est en équilibre sous l’action de ……… forces, alors :

...............................................................................................................................................................

...............................................................................................................................................................

Q4.2.6 Déterminer graphiquement l’intensité des forces s’exerçant sur l’ensemble du dispositif de tension S = {421+422+424+425+426+429+455+456} :

𝑪𝟒15/𝑆��⃗

�𝐴412/𝑆��⃗ � = ………………………………

�𝐵405/𝑆��⃗ � = ………………………………

Echelle du dynamique

10 mm 4 N

Fig. 5



Q4.2.7 Pour la suite, nous admettrons les données de l’étude statique présentée ci-dessous (fig. 6).

Déterminer la tension de la bande à l’aide du dynamique fig. 6 :

Données :

Pour limiter les vibrations lors de l’affutage des skis paraboliques, le constructeur de la bande abrasive impose une tension comprise entre 15 N et 25 N. Q4.2.8 Le nouveau ressort mis en place permet-il de limiter les vibrations pendant l’affutage ?

Argumenter :

................................................................................................................…………………………………

................................................................................................................…………………………………

................................................................................................................…………………………………

................................................................................................................…………………………………

Fig. 6

Echelle du dynamique

10 mm 4 N

�𝑻𝟏��⃗ � = �𝑻𝟐��⃗ � = …………

𝑻𝟏��⃗

𝑻𝟐��⃗

𝑻𝟐��⃗

𝑻𝟏��⃗

𝑨𝟒𝟏𝟐/𝟒𝟏𝟑��⃗

𝑨𝟒𝟏𝟐/𝟒𝟏𝟑��⃗



Q5 Recherche de la pression de tarage du vérin des unités d’affutage

DTR 4/7, DTR 6/7, DTR 7/7 30 min /15

Lors de l’opération d’affutage, l’opérateur se rend compte que le ski n’est pas assez affuté. Nous désirons une force de 7 N sur le ski au point K. Une étude statique préalable nous donne un effort de poussée sur vérin (442, 443) de 11 N au point I. Remarque : le vérin (442, 443) travaille en sortie de tige et la chambre avant est alimentée par une contre pression de 3,5 bars, afin de limiter la vitesse d’impact du dispositif sur le ski. Votre équipe vous demande de rechercher la pression nécessaire pour assurer l’effort d’affûtage. Données : Piston Ø 20 mm Tige Ø 8 mm Pression disponible dans l’atelier 8 bars Contrepression chambre avant : 3,5 bars Force au point I : �𝐼𝐸1/442��⃗ �=11 N Dans cette partie, nous allons déterminer la pression de tarage de la chambre arrière du vérin (442+443) en tenant compte de la contre pression dans la chambre avant. Q5.1 Calculer la poussée due à la contrepression dans la chambre avant du vérin : ………………………………………………………………………

………………………………………………………………………

………………………………..……………………………………

Q5.2 Calculer la force �𝐹𝐴𝑅��⃗ � que devra développer la pression dans la chambre arrière pour affûter les carres correctement :

�𝐹𝐴𝑅��⃗ � = �𝐹𝐴𝑉��⃗ � + �𝐼𝐸1/442��⃗ �

………………………………………………………………………

………………………………………………………………………

�𝐹𝐴𝑉��⃗ �= ………

�𝐹𝐴𝑅��⃗ � = ……………

Ski (1)

442

443

E2

E1

figure 1 J

K

L

Fig. 7



Q5.3 Calculer la surface active de la chambre AR du piston : …………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………….

Q5.4 Calculer la pression nécessaire dans la chambre AR (pression de tarage) pour obtenir �𝐹𝐴𝑅��⃗ �: …………………………………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………….

PARTIE 3 Amélioration.

Q6 Etude cinématique de l’unité d’affutage DTR 5/7 DTR 6/7, DTR 7/7 50 min /44

Le service maintenance décèle un usinage trop important des carres entre le patin et le talon, et conclut qu’il est nécessaire de réduire la vitesse linéaire de la bande abrasive lorsque les unités d’affûtage reculent en fin d’affutage du ski. Le bureau d’études décide d’implanter un capteur de déplacement rectiligne analogique (communément appelé "règle potentiométrique"), placé sous le vérin (442+443), entre le bras de force (411) de l’unité d’affûtage avant et le bâti de la machine. Cette modification permettra de détecter le profil du ski pendant l’usinage (différence de largeur entre le talon, le patin et la spatule). Caractéristiques liées au profil d’un ski : Le choix du bureau d’études s’est porté sur la règle référencée VS/50/UU pour des raisons d’encombrement et de course utile. Cette règle devra être fixée entre la chape du vérin (point J) et sur le châssis (point H à définir). Données : la course du piston est de 44mm

Le vérin travaille en sortie de tige Les liaisons au point I est une liaison rotule

aux points L, J et H sont des liaisons pivots Q6.1 Déterminer le mouvement du bras(411) par rapport au châssis(1) (voir fig. 8 page suivante) : Mvt 411/1 : ……….……….……….……….……….……….……….……….………………….……….…… Q6.2 Déterminer et représenter sur la fig. 8 la trajectoire TJ∈411/1 : ….……….……….……….……….……….……….

𝑆𝐴𝑅 = ……………

𝑃𝐴𝑅 = ……………

Talon max. Spatule max. Patin mini.



Q6.3 Déterminer le point J’ correspondant à la position du point J lorsque la tige du vérin est sortie. Q6.4 Déterminer la position du point H correspondant aux limites d’utilisation de la règle potentiométrique suivante : tige sortie (J’H) = 300 mm. Q6.5 Sur la fig. 8, tracer la nouvelle chape au point H et indiquer la dimension séparant les points H et I (coter sur la figure) :

Fig. 8

Echelle 1/2

L

Tige (443)

Bras (411)

Corps (442)

J

I

Zone d’implantation de la nouvelle chape pour la règle potentiométrique.

Remarque : Sur ce schéma le vérin est dessiné en position tige rentrée

Le point H est sur cette droite

Châssis (1)

Châssis (1)

y

x o

Hauteur de l’articulation



Q6.6 Afin de mettre à jour le dossier technique, on vous demande de représenter sur l’extrait de plan ci-dessous l’articulation de la règle potentiométrique. Le choix s’est porté sur l’articulation référence IMC02025. Elle sera implantée sur l’axe H et aura la même orientation que la chape actuelle du vérin d’affûtage.

Echelle 1/2

Zone d’implantation de l’articulation

(442)

Il est interdit aux candidats de signer leur composition...

Documents

Transcript of Il est interdit aux candidats de signer leur composition...